(57)【要約】  オーディオ信号またはオーディオシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を管理および／または低減するための装置が開示される。装置は位相発生器を含む。位相発生器は、少なくとも１つの位相差信号または位相発生器によって生成される基準オーディオ信号を生成するためのものである。上記一定の位相差または各々の一定の位相差は信号経路に沿って生じる高調波歪み成分をキャンセルするように適合される。装置はさらに、基準オーディオ信号として作用するオーディオ信号を受信して別々に増幅するためのそれぞれの増幅器チャネルと、増幅されたオーディオ信号に対応する音声を受信して別々に生成するためのそれぞれのラウドスピーカチャネルとを備える。各々のラウドスピーカチャネルは、実質的に等しい性能パラメータを有するとともに、信号経路に沿って生じる高調波歪み成分と比べて低減されている高調波歪み成分を有するオーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するために他のラウドスピーカチャネルに対して相対的に音声を放射させるように適合されている。
2019523610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号またはオーディオシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を管理および／または低減するための装置であって、
少なくとも１つの位相差信号を生成するための位相発生器を備え、前記少なくとも１つの位相差信号は、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または前記位相発生器によって生成される基準オーディオ信号に対して一定の位相差を有する前記オーディオ信号のバージョンであり、前記一定の位相差または各々の一定の位相差は、前記信号経路に沿って生じる前記高調波歪み成分をキャンセルするように適合され、前記装置はさらに、
基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または、前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号、および前記オーディオ信号の前記バージョンもしくは各々のバージョンを受信して別々に増幅するためのそれぞれの増幅器チャネル備え、各々の増幅器チャネルは、実質的に等しいゲインおよび／または性能パラメータを有し、前記装置はさらに、
基準オーディオ信号として作用する増幅されたオーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される基準オーディオ信号、および、前記オーディオ信号の増幅された前記バージョンもしくは各々の増幅されたバージョンに対応する音声を受信して別々に生成するためのそれぞれのラウドスピーカチャネルを備え、各々のラウドスピーカチャネルは実質的に等しい性能パラメータを有するとともに、前記信号経路に沿って生じる前記高調波歪み成分と比べて低減されている高調波歪み成分を含む前記オーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するために他のラウドスピーカチャネルに対して相対的に前記音声を放射させるように適合されている、装置。
【請求項２】
前記基準オーディオ信号は、基準位相を有する周波数成分を含む前記オーディオ信号のバージョンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記位相発生器は、２つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対して９０度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の１つのバージョンを生成するように適合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記位相発生器は、２つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を少なくとも部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対して第１の角度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の１つのバージョンを生成するように適合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記位相発生器は、３つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするとともに、三次高調波歪み成分を少なくとも部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度および１２０度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の２つのバージョンを生成するように適合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項６】
前記位相発生器は、３つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対して第１の角度および第２の角度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の２つのバージョンを生成するように適合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項７】
前記位相発生器は、４つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の３つのバージョンを生成するように適合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項８】
前記位相発生器は、４つのチャネルを用いて、二次の高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対して第１の角度、第２の角度および第３の角度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の３つのバージョンを生成するように適合される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項９】
各々のラウドスピーカチャネルはダイレクトラジエータを含み、視聴者の方に向けられている、前述の請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記ラウドスピーカチャネルは互いの方に向けられている、請求項１から８に記載の装置。
【請求項１１】
各々のラウドスピーカチャネルはポートから放射状に広がっており、複数のポートが互いに隣接して配置されている、請求項１から８に記載の装置。
【請求項１２】
前記位相発生器はアナログ回路を含む、前述の請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記位相発生器はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む、請求項１から１１に記載の装置。
【請求項１４】
各々の増幅器チャネルは、複数のラウドスピーカの複数のセットの配列における複数のラウドスピーカドライバを駆動する、前述の請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
各々のラウドスピーカチャネルは線形配列を含み、各々の１つおきのラウドスピーカチャネルは、先行のラウドスピーカチャネルとは異なる角度だけ位相がシフトされている出力を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記異なる角度は９０度である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
各々のラウドスピーカチャネルは閉じられた箱構造を含む、前述の請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
各々のラウドスピーカチャネルは、能動的に均等化された立上り音響周波数応答を含む周波数帯域にわたって動作する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記位相差は、比較的低いパワーレベルでの９０度から比較的高いパワーレベルでの６０度に切換わるように適合され、切換えを決定する前記パワーレベルは、主要な二次高調波歪み成分と主要な三次高調波歪み成分との間の遷移に実質的に対応している、請求項２または３に記載の装置。
【請求項２０】
前記位相差は、パワーレベルが増加するのに応じて９０度から６０度に徐々に遷移する、請求項２または３に記載の装置。
【請求項２１】
前記位相差は、前記オーディオ信号に存在する周波数の非一定関数として９０度から６０度に徐々に遷移する、請求項２、３または２０に記載の装置。
【請求項２２】
各々のラウドスピーカチャネルは、任意の気体媒体、流体媒体または固体媒体において亜音速音、可聴音または超音波音を生成するために、電磁気、静磁気、静電気、圧電気、電歪、磁歪、無限バフル、閉じられた箱、通気孔付き箱、パッシブラジエータ箱、ダイポーラおよびバイポーラを含むいずれかの公知のタイプの技術を含む、請求項１または２に記載の装置。
【請求項２３】
オーディオ信号またはオーディオシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を管理および／または低減するための方法であって、
基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または位相発生器によって生成される基準オーディオ信号に対して一定の位相差を有する前記オーディオ信号のバージョンである少なくとも１つの位相差信号を生成するステップを含み、前記一定の位相差または各々の一定の位相差は、前記信号経路に沿って生じる前記高調波歪み成分をキャンセルするように適合され、前記方法はさらに、
基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号、および、前記オーディオ信号の前記バージョンもしくは各々のバージョンを、それぞれの増幅器チャネルを介して別々に増幅するステップを含み、各々の増幅器チャネルは実質的に等しいゲインおよび／または性能パラメータを有し、前記方法はさらに、
基準オーディオ信号として作用する増幅されたオーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される基準オーディオ信号、および、前記オーディオ信号の増幅された前記バージョンもしくは各々の増幅されたバージョンに対応する音声を、それぞれのラウドスピーカチャネルを介して、別々に生成するステップを含み、各々のラウドスピーカチャネルは実質的に等しい性能パラメータを有するとともに、前記信号経路に沿って生じる前記高調波歪み成分と比べて低減されている高調波歪み成分を有する前記オーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するために、他のラウドスピーカチャネルに対して相対的に前記音声を放射する、方法。
【請求項２４】
オーディオシステムなどのシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を被るオーディオ信号などの信号を処理するための装置であって、
少なくとも１つの位相差信号を生成するための位相発生器を含み、前記少なくとも１つの位相差信号は、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または前記位相発生器によって生成される基準オーディオ信号に対して一定の位相差を有する前記オーディオ信号のバージョンであり、前記一定の位相差または各々の一定の位相差は、前記信号経路に沿って生じる前記高調波歪み成分をキャンセルするように適合され、
前記基準オーディオ信号および前記オーディオ信号の各バージョンは、前記信号経路に沿って生じる前記高調波歪み成分に比べて低減されている高調波歪み成分を有する前記オーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するように適合される、装置。
【請求項２５】
前記基準オーディオ信号は、基準位相を有する周波数成分を含む前記オーディオ信号のバージョンを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記位相発生器は、２つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対して９０度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の１つのバージョンを生成するように適合される、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記位相発生器は、２つのチャネルを用いて二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を少なくとも部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対して第１の角度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の１つのバージョンを生成するように適合される、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記位相発生器は、３つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするとともに、三次高調波歪み成分を少なくとも部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度および１２０度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の２つのバージョンを生成するように適合される、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記位相発生器は、３つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対して第１の角度および第２の角度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の２つのバージョンを生成するように適合される、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項３０】
前記位相発生器は、４つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の３つのバージョンを生成するように適合される、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項３１】
前記位相発生器は、４つのチャネルを用いて、二次の高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号に対して第１の角度、第２の角度および第３の角度だけ位相がシフトされている前記オーディオ信号の３つのバージョンを生成するように適合される、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項３２】
前記位相発生器はアナログ回路を含む、請求項２３から３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
前記位相発生器はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む、請求項２３から３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３４】
前記位相差は、比較的低いパワーレベルでの９０度から比較的高いパワーレベルでの６０度に切換えるように適合され、切換えを決定する前記パワーレベルは、主要な二次高調波歪み成分と主要な三次高調波歪み成分との間の遷移に実質的に対応している、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項３５】
前記位相差は、パワーレベルが増加するのに応じて９０度から６０度に徐々に遷移する、請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項３６】
前記位相差は、前記オーディオ信号に存在する周波数の非一定関数として９０度から６０度に徐々に遷移する、請求項２４、２５または３５に記載の装置。
【請求項３７】
オーディオシステムなどのシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を被るオーディオ信号などの信号を処理するため方法であって、
基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号または位相発生器によって生成される基準オーディオ信号に対して一定の位相差を有する前記オーディオ信号のバージョンである少なくとも１つの位相差信号を生成するステップを含み、前記一定の位相差または各々の一定の位相差は、前記信号経路に沿って生じる前記高調波歪み成分をキャンセルするように適合され、前記方法はさらに、
少なくとも、基準オーディオ信号として作用する前記オーディオ信号、または、前記位相発生器によって生成される前記基準オーディオ信号、および、前記オーディオ信号の前記バージョンもしくは各々のバージョンを含む出力を供給するステップを含み、前記出力は、前記信号経路に沿って生じる前記高調波歪み成分に比べて低減されている高調波歪み成分を有する前記オーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するように適合される、方法。
【請求項３８】
前記基準オーディオ信号は、基準位相を有する周波数成分を含む前記オーディオ信号のバージョンを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を被るオーディオ信号などの信号に関連付けられた高調波歪み成分を管理および／または低減するためのラウドスピーカ装置であって、
複数の実質的に等しい区画を含む主筺体と、
少なくとも２つのドライバとを備え、前記少なくとも２つのドライバは各々が実質的に等しい性能パラメータを有し、各々が前記等しい区画のうち別個の区画に収容されており、
各々のドライバは、請求項２４から３６のいずれか１項に記載の装置および請求項３７または３８に記載の方法によって処理される信号によって駆動されるように適合される、ラウドスピーカ装置。
【請求項４０】
２つのドライバを含み、前記２つのドライバは、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするために、基準チャネルと、前記基準チャネルの位相応答から９０度だけ異なる位相応答を有するチャネルとを含む２つのチャネルを用いて、信号によって駆動されるように適合される、請求項３９に記載のラウドスピーカ装置。
【請求項４１】
３つのドライバを含み、前記３つのドライバは、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするとともに、三次高調波歪み成分を少なくとも部分的にキャンセルするために、基準チャネルと、前記基準チャネルの位相応答からそれぞれ６０度および１２０度だけ異なる位相応答を有する２つの他のチャネルとを含む３つのチャネルを用いて、信号によって駆動されるように適合される、請求項３９に記載のラウドスピーカ装置。
【請求項４２】
４つのドライバを含み、前記４つのドライバは、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を実質的に完全にキャンセルするために、基準チャネルと、前記基準チャネルの位相応答からそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ異なる位相応答を有する３つの他のチャネルとを含む４つのチャネルを用いて、信号によって駆動されるように適合される、請求項３９に記載のラウドスピーカ装置。
【請求項４３】
前記ドライバは、前記基準チャネルが１５０度のチャネルの斜め向かいに位置するとともに、６０度のチャネルが９０度のチャネルの斜め向かいに位置するように、矩形形状に配置される、請求項４２に記載のラウドスピーカ装置。
【請求項４４】
歪みキャンセルオーディオシステムであって、
基準オーディオ信号と前記基準オーディオ信号に対して位相がシフトされている他の信号バージョンとを含む入力オーディオ信号の複数のバージョンを生成するための位相発生器と、
前記基準オーディオ信号と位相がシフトされている信号を有する前記他の信号バージョンとを受信するための、かつ、対応する増幅器出力を供給するための複数の増幅器のセットと、
前記増幅器出力を受信するための、かつ、音響出力を生成するための複数のラウドスピーカのセットとを備え、各々のラウドスピーカが互いのラウドスピーカの音響出力に対して一定の位相差を有する音響出力を生成するように、各々の増幅器が前記位相発生器からの出力に対応するとともに、各々のラウドスピーカが増幅器に対応しており、
前記ラウドスピーカは、それぞれの音響出力が互いに近接するように合成されて複合構造にされる、歪みキャンセルオーディオシステム。
【請求項４５】
歪みキャンセルオーディオシステムであって、
基準オーディオ信号と、前記基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ位相がシフトされている３つの他の信号バージョンとを含む入力オーディオ信号の４つのバージョンを生成するための位相発生器を備え、各々の信号バージョンはマルチチャネルフォーマットで格納されるように適合されており、前記歪みキャンセルオーディオシステムはさらに、
前記４つの信号のバージョンを前記マルチチャネルフォーマットで格納するための記憶媒体と、
前記格納された４つの信号バージョンから前記４つの信号バージョンを再生成するためデコーダと、
前記再生成された４つの信号バージョンを受信するための、かつ、４つの増幅器出力を生成するための４つの増幅器のセットと、
前記４つの増幅器出力を受信するための４つのラウドスピーカのセットとを備え、前記ラウドスピーカはそれぞれの音響出力が互いに近接するように配置される、歪みキャンセルオーディオシステム。
【請求項４６】
前記ラウドスピーカは、前記基準オーディオ信号に対応する基準チャネルが１５０度のチャネルの斜め向かいに位置するとともに、６０度のチャネルが９０度のチャネルの斜め向かいに位置するように、矩形形状に配置される、請求項４５に記載の歪みキャンセルオーディオシステム。
【請求項４７】
歪みキャンセルオーディオシステムであって、
基準オーディオ信号と、前記基準オーディオ信号に対して９０度だけ位相がシフトされている別の信号バージョンとを含む入力オーディオ信号の２つのバージョンを生成するための位相発生器を備え、各々の信号バージョンはマルチチャネルフォーマットで格納されるように適合されており、前記歪みキャンセルオーディオシステムはさらに、
前記２つの信号バージョンを前記マルチチャネルフォーマットで格納するための記憶媒体と、
前記格納された２つの信号バージョンから前記２つの信号バージョンを再生成するためデコーダと、
前記再生成された２つの信号バージョンを受信するための、かつ、２つの増幅器出力を生成するための２つの増幅器のセットと、
前記２つの増幅器出力を受信するための２つのラウドスピーカのセットとを備え、前記ラウドスピーカはそれぞれの音響出力が互いに近接するように配置されている、歪みキャンセルオーディオシステム。
【請求項４８】
歪みキャンセルオーディオシステムであって、
基準オーディオ信号と、前記基準オーディオ信号に対して９０度だけ位相がシフトされている別の信号バージョンとを含む入力オーディオ信号の２つのバージョンを生成するための位相発生器を備え、各々の信号バージョンはマルチチャネルフォーマットで格納されるように適合されており、前記歪みキャンセルオーディオシステムはさらに、
前記２つの信号バージョンを前記マルチチャネルフォーマットで格納するための記憶媒体と、
前記格納された２つの信号バージョンから前記２つの信号のバージョンを再生成するためデコーダとを備え、一方の再生成された信号は前記基準オーディオ信号であり、他方の再生成された信号は９０度の位相差を有し、前記歪みキャンセルオーディオシステムはさらに、
前記再生成された基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度および１５０度の位相差を有する２つのさらなる位相差信号を前記再生成された２つの信号バージョンから生成することにより、０度、６０度、９０度および１５０度の相対的位相を有する４つの位相差信号を得るためのさらなる１つの位相発生器または複数の位相発生器と、
前記再生成された４つの位相差信号を受信するための、かつ、４つの増幅器出力を生成するための４つの増幅器のセットと、
前記４つの増幅器出力を受信するための４つのラウドスピーカのセットとを備え、前記ラウドスピーカは、それぞれの音響出力が互いに近接するように配置されている、歪みキャンセルオーディオシステム。
【請求項４９】
前記ラウドスピーカは、前記基準オーディオ信号に対応する基準チャネルが１５０度のチャネルの斜め向かいに位置するとともに、６０度のチャネルが９０度のチャネルの斜め向かいに位置するように、矩形形状に配置される、請求項４８に記載の歪みキャンセルオーディオシステム。
【請求項５０】
請求項２４から３６のいずれか１項に記載の装置または請求項３７もしくは３８に記載の方法によって処理される信号を含むかまたは格納しているデータキャリアまたは記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、高忠実度で音声を再生するためのシステムに関し、特に、オーディオ信号または音声再生装置などのオーディオシステムに関連付けられた信号経路における高調波歪みを管理および／または低減するための装置および方法に関する。
【０００２】
定義
オーディオ信号
オーディオ信号は、いずれかの固体媒体、液体媒体または気体媒体に現われ得る音波または音響波を表現したものを示している。オーディオ信号は、電気領域、機械領域および音響領域を含む如何なる物理的領域にも現われ得る波形を含み得る。波形は、時間の連続的（アナログ）関数、サンプリングされた関数またはデジタル化された関数を含み得るとともに、超低周波数、可聴周波数および超音波周波数を含む如何なる周波数の成分をも含み得る。
【０００３】
位相発生器
位相発生器は、オーディオ信号の１つ以上のバージョンを生成する装置を意味する。各々のバージョンの（動作周波数帯域における）すべての周波数成分は、基準オーディオ信号内の対応する周波数成分とは、一定の位相角だけ位相が異なっている。数学的処理においては、信号のうちすべての成分の位相角が９０度シフトされている位相変換されたバージョンの信号波形はヒルベルト変換として公知である。元の信号波形に等しいその実数部および元の信号波形のヒルベルト変換に等しいその虚数部を有する時間の複素数値関数は、解析信号として公知である。
【０００４】
本発明に従った位相発生器は多相発生機を含み得る。この場合、オーディオ信号の各バージョン間における一定の位相角差は、必ずしも９０度に等しくない選択された角度であり得る。０度と（３６０度を法として）３６０度との間の一定の位相角差を有する信号波形の位相変換バージョンは、三角関数の公式である以下の
ｓｉｎ（α＋β）＝ｓｉｎα・ｃｏｓβ＋ｃｏｓα・ｓｉｎβ
またはその複合バージョンである
ｅｘｐ（ｊ（α＋β））＝ｅｘｐ（ｊα）・ｃｏｓβ＋ｊｅｘｐ（ｊα）・ｓｉｎβ
を用いることによって、信号波形の２つのバージョン（すなわち、元の信号波形およびそのヒルベルト変換（直交信号波形としても公知である））の好適な線形結合から生成され得る。
【０００５】
基準オーディオ信号／チャネル／位相
基準オーディオ信号は、合致した位相応答または基準位相応答を呈する信号経路を通過するオーディオ信号を意味する。基準オーディオ信号は、入力オーディオ信号または入力オーディオ信号の或るバージョンを含み得る。その周波数成分の位相角は、動作周波数帯域にわたって基準位相にシフトされる。オーディオ信号の位相は、合致した時間起点に対するその周波数成分の各々についての集合的な位相角を指している。
【０００６】
信号経路と、基準オーディオ信号が通過する後続の経路とは、基準チャネルと称されてもよく、基準チャネルは０度の基準位相を有するものとして表記されてもよい。基準オーディオ信号はまた、動作周波数帯域にわたって位相がシフトされていない周波数成分を有するオーディオ信号を含み得る。
【０００７】
位相応答
信号経路の位相応答は、正弦波信号が信号経路を通過するときに当該正弦波信号が経験する位相シフトを指している。位相応答は、出力を入力と比較するとともに正弦波の周波数の関数を含む伝達関数を含む。
【０００８】
動作周波数帯域
動作周波数帯域は、位相発生器が動作し得る周波数帯域、ならびに／または、基準オーディオ信号が位相発生器によって生成され得るとともに低音域および／もしくは高音域のサブ帯域などのサブ帯域を含み得る周波数帯域、を意味する。オーディオの文脈においては、動作周波数帯域は、少なくとも２０Ｈｚから２０ｋＨｚの間の周波数を含み得る。
【背景技術】
【０００９】
発明の背景
オーディオシステムにおける歪みは、増幅器および信号プロセッサにおけるアナログ歪みおよび／またはデジタル歪みを含むさまざまな形態で現われ得る。アナログ歪みは、増幅器およびラウドスピーカにおける高調波歪み、増幅器およびラウドスピーカにおける相互変調歪み、ならびに、プッシュプル増幅器におけるクロスオーバ歪みを含み得る。
【００１０】
取除くのが困難なアナログ歪みのうち１つの形態として高調波歪みがある。高調波歪みは、増幅器、信号プロセッサおよびラウドスピーカにおいて発生する。多くの科学研究によって、高調波歪みの原因を特定しようと試みてきた結果、システムの１つ以上の部分に関連付けられる伝達関数における非線形性を含むいくつかの原因が特定されてきた。たとえば、ラウドスピーカドライバにおける高調波歪みは、関連するダイアフラムサスペンションの機械的な非線形性、関連する磁気回路におけるヒステリシス、ボイスコイルに関連付けられたバックｅｍｆ、および／または、その線形の偏移範囲外で動作するボイスコイルを含み得る。
【００１１】
しかしながら、実質的に歪みのないラウドスピーカドライバを駆動する実質的に歪みのない増幅器では結果として歪みがほとんどまたは全く発生しないはずであるとも想定されてきた。したがって、ほとんどの研究努力は増幅器およびラウドスピーカドライバにおける歪みの位置を特定して補正することに向けられてきた。上記想定が間違っている可能性があること、および／または、ラウドスピーカシステムにおける歪みのさらに別の原因が、ラウドスピーカ筐体の内側と放射区域のまわりを含む筐体の外側との両方におけるラウドスピーカシステムのドライバと非線形圧縮された空気を含むその筐体との間の相互作用に起因する可能性があること、は認識されていなかった。空気の非線形圧縮は、主として、ラウドスピーカシステムの音響出力において二次高調波歪み成分を生成するおそれがある。後者の歪み成分はまた、音圧レベル（sound pressure level：ＳＰＬ）に応じて増加する可能性がある。
【００１２】
さらに、増幅器、ラウドスピーカドライバおよび／またはラウドスピーカシステムの他の構成要素から生じる高調波歪み成分に加えて、空気の非線形圧縮によって高調波歪み成分が引起こされる。上述のとおり、実質的に歪みのない成分を含むラウドスピーカシステムも依然として歪みを生成する可能性がある。この問題に対処するために先行技術において試みられた解決策は、モーショナルフィードバック、プリディストーション補償およびフィードバックを用いたプリディストーション補償の使用を含む。しかしながら、モーショナルフィードバックは、ラウドスピーカドライバのコーンを越えて向こう側にあるオーディオ信号経路において生成される歪みを補正することができず、アナログプリディストーション補償は、歪みを十分に補償するかまたはキャンセルするのに十分に歪みを予測するための十分なデータを格納することができない。デジタルプリディストーション補償は、デジタル歪みを被る可能性があり、極端に高速の処理を必要とする可能性もある。プリディストーションはまた、ラウドスピーカシステムに整合させなければならないという不利点を有する。
【００１３】
本発明は、フィードバックを用いることなく、かつ、ラウドスピーカシステムに整合させることなく、空気の非線形圧縮および／または他の原因から生じる歪み成分を含む高調波歪みの二次成分および／または三次成分を管理および／または少なくとも低減するように適合され得る。
【００１４】
先行技術として提供される特許文献または他の事項をこの明細書中で引用しているが、この引用は、その文献もしくは事項が公知であったこと、または、それが含む情報がこの明細書中における開示もしくは請求項のいずれかの優先日の時点でオーストラリアまたは他の場所において共通の一般知識の一部であったことを認めるものとして理解されるべきではない。この明細書における先行技術のこのような説明は、発明者の知識および経験の点から本発明の文脈を説明するために含まれている。
【００１５】
この明細書の記載および請求項の全体にわたって、「備える」または「含む」という語、およびこれらの語の変形例、たとえば、「備え」、「含み」、「備えている」または「含んでいる」は、他の追加例、構成要素、整数またはステップを除外するように意図されたものではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明の概要
本発明の一局面に従うと、オーディオ信号またはオーディオシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を管理および／または低減するための装置が提供される。上記装置は、少なくとも１つの位相差信号を生成するための位相発生器を備え、上記少なくとも１つの位相差信号は、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号または上記位相発生器によって生成される基準オーディオ信号に対して一定の位相差を有する上記オーディオ信号のバージョンであり、上記一定の位相差または各々の一定の位相差は、上記信号経路に沿って生じる上記高調波歪み成分をキャンセルするように適合され、上記装置はさらに、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号、または、上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号、および上記オーディオ信号の上記バージョンもしくは各々のバージョンを受信して別々に増幅するためのそれぞれの増幅器チャネルを備え、各々の増幅器チャネルは、実質的に等しいゲインおよび／または性能パラメータを有し、上記装置はさらに、基準オーディオ信号として作用する増幅されたオーディオ信号、または上記位相発生器によって生成される基準オーディオ信号、および、上記オーディオ信号の増幅された上記バージョンもしくは各々の増幅されたバージョンに対応する音声を受信して別々に生成するためのそれぞれのラウドスピーカチャネルを備え、各々のラウドスピーカチャネルは実質的に等しい性能パラメータを有するとともに、上記信号経路に沿って生じる上記高調波歪み成分と比べて低減されている高調波歪み成分を含む上記オーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するために他のラウドスピーカチャネルに対して相対的に上記音声を放射させるように適合されている。
【００１７】
上記基準オーディオ信号は、基準位相を有する周波数成分を含む上記オーディオ信号のバージョンを含み得る。上記位相発生器は、２つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号、または上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号に対して９０度だけ位相がシフトされている上記オーディオ信号の１つのバージョンを生成するように適合され得る。
【００１８】
上記位相発生器は、２つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を少なくとも部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号、または上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号に対して第１の角度だけ位相がシフトされている上記オーディオ信号の１つのバージョンを生成するように適合され得る。
【００１９】
上記位相発生器は、３つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするとともに、三次高調波歪み成分を少なくとも部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号、または上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度および１２０度だけ位相がシフトされている上記オーディオ信号の２つのバージョンを生成するように適合され得る。
【００２０】
上記位相発生器は、３つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を部分的にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号または上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号に対して第１の角度および第２の角度だけ位相がシフトされている上記オーディオ信号の２つのバージョンを生成するように適合され得る。
【００２１】
上記位相発生器は、４つのチャネルを用いて、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号または上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ位相がシフトされている上記オーディオ信号の３つのバージョンを生成するように適合され得る。
【００２２】
上記位相発生器は、４つのチャネルを用いて、二次の高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするために、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号または上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号に対して第１の角度、第２の角度および第３の角度だけ位相がシフトされている上記オーディオ信号の３つのバージョンを生成するように適合され得る。
【００２３】
各々のラウドスピーカチャネルはダイレクトラジエータを含んでもよく、視聴者の方に向けられてもよい。いくつかの実施形態においては、ラウドスピーカチャネルは、聴取環境に出力される共通の音響波を形成するために出力を混合するのを支援するために、互いの方に向けられてもよい。いくつかの実施形態においては、ラウドスピーカチャネルは、チャネルからの音響波が聴取環境への放射前に混合されているチャンバ全体内に放射状に広がり得る。各々のラウドスピーカチャネルはポートから放射状に広がってもよく、複数のポートが互いに隣接して配置されていてもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、位相発生器はアナログ回路を含み得る。いくつかの実施形態においては、位相発生器はデジタル信号プロセッサ（digital signal processor：ＤＳＰ）を含み得る。各々の増幅器チャネルは、複数のラウドスピーカの複数のセットの配列における複数のラウドスピーカドライバを駆動し得る。各々のラウドスピーカチャネルが線形配列を含み得るとともに、各々の１つおきのラウドスピーカチャネルは、先行のラウドスピーカチャネルとは異なる角度だけ位相がシフトされている出力を有し得る。各々のラウドスピーカチャネルは閉じられた箱構造を含み得る。各々のラウドスピーカチャネルは、能動的に均等化された立上り音響周波数応答を含む周波数帯域にわたって動作し得る。
【００２５】
位相差は、比較的低いパワーレベルでの９０度から比較的高いパワーレベルでの６０度に切換わるように適合され得る。切換えを決定するパワーレベルは、主要な二次高調波歪み成分と主要な三次高調波歪み成分との間の遷移に対応し得る。位相差は、パワーレベルが増加するのに応じて９０度から６０度に徐々に遷移し得る。
【００２６】
位相差は、オーディオ信号に存在する周波数の非一定関数として９０度から６０度に徐々に遷移し得る。
【００２７】
各々のラウドスピーカチャネルは、任意の気体媒体、流体媒体または固体媒体において亜音速音、可聴音または超音波音を生成するために、電磁気、静磁気、静電気、圧電気、電歪、磁歪、無限バフル、閉じられた箱、通気孔付き箱、パッシブラジエータ箱、ダイポーラおよびバイポーラを含むいずれかの公知のタイプの技術を含み得る。この文脈におけるラウドスピーカは、ヘッドホン、補聴器、水中用変換器、他の気体媒体、流体媒体もしくは固体媒体用に意図された変換器、および／または、亜音速変換器および超音波変換器を含む音声を再生するように意図された他の変換器を含み得る。
【００２８】
本発明のさらなる局面に従うと、オーディオ信号またはオーディオシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を管理および／または低減するための方法が提供される。上記方法は、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号または位相発生器によって生成される基準オーディオ信号に対して一定の位相差を有する上記オーディオ信号のバージョンである少なくとも１つの位相差信号を生成するステップを含み、上記一定の位相差または各々の一定の位相差は、上記信号経路に沿って生じる上記高調波歪み成分をキャンセルするように適合され、上記方法はさらに、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号、または上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号、および、上記オーディオ信号の上記バージョンもしくは各々のバージョンを、それぞれの増幅器チャネルを介して別々に増幅するステップを含み、各々の増幅器チャネルは実質的に等しいゲインおよび／または性能パラメータを有し、上記方法はさらに、基準オーディオ信号として作用する増幅されたオーディオ信号、または上記位相発生器によって生成される基準オーディオ信号、および、上記オーディオ信号の増幅された上記バージョンもしくは各々の増幅されたバージョンに対応する音声を、それぞれのラウドスピーカチャネルを介して別々に生成するステップを含み、各々のラウドスピーカチャネルは実質的に等しい性能パラメータを有するとともに、上記信号経路に沿って生じる上記高調波歪み成分と比べて低減されている高調波歪み成分を有する上記オーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するために、他のラウドスピーカチャネルに対して相対的に上記音声を放射する。
【００２９】
本発明のさらなる局面に従うと、オーディオシステムなどのシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を被るオーディオ信号などの信号を処理するための装置が提供される。上記装置は、少なくとも１つの位相差信号を生成するための位相発生器を含む。少なくとも１つの位相差信号は、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号または位相発生器によって生成される基準オーディオ信号に対して一定の位相差を有する上記オーディオ信号のバージョンである。上記一定の位相差または各々の一定の位相差は、上記信号経路に沿って生じる上記高調波歪み成分をキャンセルするように適合される。上記基準オーディオ信号および上記オーディオ信号の各バージョンは、上記信号経路に沿って生じる上記高調波歪み成分と比べて低減されている高調波歪み成分を有する上記オーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するように適合される。
【００３０】
本発明のさらなる局面に従うと、オーディオシステムなどのシステムに関連付けられた信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を被るオーディオ信号などの信号を処理するため方法が提供される。上記方法は、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号または位相発生器によって生成される基準オーディオ信号に対して一定の位相差を有する上記オーディオ信号のバージョンである少なくとも１つの位相差信号を生成するステップを含み、上記一定の位相差または各々の一定の位相差は、上記信号経路に沿って生じる上記高調波歪み成分をキャンセルするように適合される。上記方法はさらに、少なくとも、基準オーディオ信号として作用する上記オーディオ信号、または、上記位相発生器によって生成される上記基準オーディオ信号、および、上記オーディオ信号の上記バージョンもしくは各々のバージョンを含む出力を供給するステップを含み、上記出力は、上記信号経路に沿って生じる上記高調波歪み成分に比べて低減されている高調波歪み成分を有する上記オーディオ信号に対応する、合成された音声を生成するように適合されている。
【００３１】
本発明のさらなる局面に従うと、上記信号経路に沿って生じる高調波歪み成分を被るオーディオ信号などの信号に関連付けられた高調波歪み成分を管理および／または低減するためのラウドスピーカ装置が提供される。上記装置は、複数の実質的に等しい区画を含む主筺体と、少なくとも２つのドライバとを備える。少なくとも２つのドライバは各々が実質的に等しい性能パラメータを有し、各々が上記等しい区画のうちの別個の区画に収容されている。各々のドライバは、上述の装置または方法によって処理される信号によって駆動されるように適合されている。
【００３２】
ラウドスピーカ装置は２つのドライバを含み得る。上記２つのドライバは、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするために、基準チャネルと、上記基準チャネルの位相応答から９０度だけ異なる位相応答を有するチャネルとを含む２つのチャネルを用いて、信号によって駆動されるように適合されている。
【００３３】
上記ラウドスピーカ装置は３つのドライバを含み得る。上記３つのドライバは、二次高調波歪み成分を実質的に完全にキャンセルするとともに、三次高調波歪み成分を少なくとも部分的にキャンセルするために、基準チャネルと、上記基準チャネルの位相応答からそれぞれ６０度および１２０度だけ異なる位相応答を有する２つの他のチャネルとを含む３つのチャネルを用いて、信号によって駆動されるように適合されている。
【００３４】
上記ラウドスピーカ装置は４つのドライバを含み得る。上記４つのドライバは、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を実質的に完全にキャンセルするために、基準チャネルと、上記基準チャネルの位相応答からそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ異なる位相応答を有する３つの他のチャネルとを含む４つのチャネルを用いて、信号によって駆動されるように適合されている。
【００３５】
上記ドライバは、上記基準チャネルが１５０度のチャネルの斜め向かいに位置するとともに、６０度のチャネルが９０度のチャネルの斜め向かいに位置するように、矩形形状に配置され得る。
【００３６】
本発明のさらなる局面に従うと、歪みキャンセルオーディオシステムが提供される。歪みキャンセルオーディオシステムは、基準オーディオ信号と、上記基準オーディオ信号に対して位相がシフトされている他の信号バージョンとを含む入力オーディオ信号の複数のバージョンを生成するための位相発生器と、上記基準オーディオ信号と位相がシフトされている信号を有する上記他の信号バージョンとを受信するための、かつ、対応する増幅器出力を供給するための複数の増幅器のセットと、上記増幅器出力を受信するための、かつ、音響出力を生成するための複数のラウドスピーカのセットとを備え、各々のラウドスピーカが互いのラウドスピーカの音響出力に対して一定の位相差を有する音響出力を生成するように、各々の増幅器が上記位相発生器からの出力に対応するとともに、各々のラウドスピーカが増幅器に対応している。上記ラウドスピーカは、それぞれの音響出力が互いに近接するように合成されて複合構造にされる。
【００３７】
本発明のさらなる局面に従うと、歪みキャンセルオーディオシステムが提供される。歪みキャンセルオーディオシステムは、基準オーディオ信号と、上記基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ位相がシフトされている３つの他の信号バージョンとを含む入力オーディオ信号の４つのバージョンを生成するための位相発生器を備える。各々の信号バージョンはマルチチャネルフォーマットで格納されるように適合されている。歪みキャンセルオーディオシステムはさらに、上記４つの信号のバージョンを上記マルチチャネルフォーマットで格納するための記憶媒体と、上記格納された４つの信号バージョンから上記４つの信号バージョンを再生成するためデコーダと、上記再生成された４つの信号バージョンを受信するための、かつ、４つの増幅器出力を生成するための４つの増幅器のセットと、上記４つの増幅器出力を受信するための４つのラウドスピーカのセットとを備える。ラウドスピーカはそれぞれの音響出力が互いに近接するように配置される。
【００３８】
上記ラウドスピーカは、上記基準オーディオ信号に対応する基準チャネルが１５０度のチャネルの斜め向かいに位置するとともに、６０度のチャネルが９０度のチャネルの斜め向かいに位置するように、矩形形状に配置され得る。
【００３９】
本発明のさらなる局面に従うと、歪みキャンセルオーディオシステムが提供される。歪みキャンセルオーディオシステムは、基準オーディオ信号と、上記基準オーディオ信号に対して９０度だけ位相がシフトされている別の信号バージョンとを含む入力オーディオ信号の２つのバージョンを生成するための位相発生器を備える。各々の信号バージョンはマルチチャネルフォーマットで格納されるように適合されている。歪みキャンセルオーディオシステムはさらに、上記２つの信号バージョンを上記マルチチャネルフォーマットで格納するための記憶媒体と、上記格納された２つの信号バージョンから上記２つの信号バージョンを再生成するためデコーダと、上記再生成された２つの信号バージョンを受信するための、かつ、２つの増幅器出力を生成するための２つの増幅器のセットと、２つの増幅器出力を受信するための２つのラウドスピーカのセットとを備える。ラウドスピーカはそれぞれの音響出力が互いに近接するように配置される。
【００４０】
本発明のさらなる局面に従うと、歪みキャンセルオーディオシステムが提供される。歪みキャンセルオーディオシステムは、基準オーディオ信号と、上記基準オーディオ信号に対して９０度だけ位相がシフトされている別の信号バージョンとを含む入力オーディオ信号の２つのバージョンを生成するための位相発生器を備える。各々の信号バージョンはマルチチャネルフォーマットで格納されるように適合されている。歪みキャンセルオーディオシステムはさらに、上記２つの信号バージョンを上記マルチチャネルフォーマットで格納するための記憶媒体と、上記格納された２つの信号バージョンから上記２つの信号バージョンを再生成するためデコーダとを備える。一方の再生成された信号は上記基準オーディオ信号であり、他方の再生成された信号は９０度の位相差を有する。歪みキャンセルオーディオシステムはさらに、上記再生成された基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度および１５０度の位相差を有する２つのさらなる位相差信号を上記再生成された２つの信号バージョンから生成することにより、０度、６０度、９０度および１５０度の相対的位相を有する４つの位相差信号を得るためのさらなる１つの位相発生器または複数の位相発生器と、上記再生成された４つの位相差信号を受信するための、かつ、４つの増幅器出力を生成するための４つの増幅器のセットと、上記４つの増幅器出力を受信するための４つのラウドスピーカのセットとを備え、ラウドスピーカは、それぞれの音響出力が互いに近接するように配置されている。
【００４１】
ラウドスピーカは、上記基準オーディオ信号に対応する基準チャネルが１５０度のチャネルの斜め向かいに位置するとともに、６０度のチャネルが９０度のチャネルの斜め向かいに位置するように、矩形形状に配置され得る。
【００４２】
本発明のさらなる局面に従うと、上述の装置または方法によって処理される信号を含むかまたは格納しているデータキャリアまたは記憶装置が提供される。
【００４３】
図面の簡単な説明
本発明の好ましい実施形態が添付の図面に関連付けてここで詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に従った、信号経路における歪みをキャンセルするための装置を示す概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態に従った、信号経路における歪みをキャンセルするための装置を示す概略図である。
【図３】図１の装置の変形例を示す図である。
【図４】４チャネルの歪みキャンセルに適した広帯域オールパス位相差回路図である。
【図５】０度および９０度の相対的位相角を有する正弦波が供給される２つの同一のラウドスピーカからの出力を合計するためのフェーザ図である。
【図６】０度および６０度の相対的位相角を有する正弦波が供給される２つの同一のラウドスピーカからの出力を合計するためのフェーザ図である。
【図７】０度、６０度、９０度および１５０度の相対的位相角を有する正弦波が供給される４つの同一のラウドスピーカからの出力を合計するためのフェーザ図である。
【図８】高調波歪みを管理および／または低減するのに適したラウドスピーカの一実施形態を示す図である。
【図９】高調波歪みを管理および／または低減するのに適したラウドスピーカの別の実施形態を示す図である。
【図１０】高調波歪みを管理および／または低減するのに適したラウドスピーカのさらに別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
詳細な説明
ラウドスピーカは概して可聴高調波歪みを生成する。本発明は歪み低減ツールを提供し得る。本質的には、本発明に従った装置は、入力オーディオ信号を処理し、当該入力オーディオ信号から新しいオーディオ信号を再生して少なくとも２つの新しいチャネルを形成し得る。新しいオーディオ信号は、動作周波数帯域の全周波数にわたって一定の位相差を有する。新しいチャネルに関連付けられた新しいオーディオ信号は、配列を形成するように対応する増幅器および対応するラウドスピーカに適用され得る。この場合、ラウドスピーカの出力は相対的位相差を有する。
【００４６】
新しいチャネルに関連付けられたラウドスピーカ（および関連する増幅器）は実質的に同一の並列チャネルを形成し得る。実質的に同一の並列チャネルとは、これらが互いと同じ性能パラメータを有し得ること、および、これらの出力が実施可能となるほど互いの近くに位置し得ることを意味している。これらがダイレクトラジエータを含む場合、それらのドライバは視聴者に面して隣接しているかまたは互いに向かって角度が付けられている可能性がある。これらが４つである場合、これらのドライバは正方形パターンまたはダイヤモンドパターンに配置され得る。歪みキャンセルラウドスピーカの複数のセットは列を成して配置され得る。
【００４７】
ラウドスピーカドライバは閉じられた箱に収容されてもよく、能動的に均等化された立上り周波数応答を有してもよい。典型的には、これは結果として高い歪みをもたらす可能性があるが、本発明の歪み管理システムは、歪みの不利益を被ることなくこのようなアライメントを容易にし得る。ラウドスピーカドライバは閉じられた箱に収容されてもよい。ラウドスピーカドライバは、音声が共通地点から放射状に広がって発生するように、互いの近くにポートを備えた通気穴付きの箱に収容されてもよい。ラウドスピーカドライバは別個の箱内、または共通の箱の別個の区画内に収容されてもよい。ラウドスピーカが無限バフルのトポロジを採用している場合、後方波が限られた空間に吹き込まれない限り、これらラウドスピーカは後方波の分離を必要としない可能性がある。ラウドスピーカの出力がポートを通過する場合、これらのポートは互いに近接して配置されていてもよい。このようなポートはパッシブラジエータまたはドローンと置換えられてもよい。
【００４８】
ダイレクトラジエータの場合にポートを互いに近接して配置するかまたはドライバを互いに近接して配置する１つの理由は、ラウドスピーカ群からの音響放射を共通点から発するように生じさせることで音響放射の混合を容易にするためである。特に、ドライバのサイズおよび配置は周波数に依存する可能性がある。概して、動作周波数が高ければ高いほど、ドライバは互いにより近接していなければならない。したがって、共通の音響波だけが聴取環境に入るように、配列の音響出力を結合するために、当該配列がチャンバ全体内に投入され得る。
【００４９】
実質的に同一の並列チャネルの出力は、再合成されると、増幅器およびラウドスピーカにおいて生じる高調波歪み成分ならびに／または信号プロセッサを含む並列チャネルの他の成分のキャンセルをもたらす可能性があるが、これらは、並列チャネルの生成よりも前の時点において存在していた歪みをキャンセルすることはできない。音響波の結合前には、個々のドライバの近くには、空気圧縮による歪みもキャンセルされる領域がある。本発明の技術は歪みを最小化する他の手段と組合わせて用いられてもよい。
【００５０】
一実施形態においては、二次高調波歪み成分を理論的に完全にキャンセルするために、一入力当たりの実質的に同一の並列チャネルの数は２であってもよく、相対的位相差は９０度であってもよい。しかしながら、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方のキャンセルの程度を選択するために、５５度〜９５度の範囲内の相対的位相差が選択されてもよい。２チャネル歪みキャンセルシステムの複数のセットは、一列に配置されてもよく、この場合、各々の１つおきのラウドスピーカ出力が、先行するラウドスピーカ出力から５５度〜９５度の範囲内の位相差を有している。
【００５１】
別の実施形態においては、二次高調波歪み成分を理論的に完全にキャンセルするとともに三次高調波歪み成分を部分的にキャンセルするために、実質的に同一の並列チャネルの数は３であってもよく、相対的位相差は６０度および１２０度であってもよい。相対的位相差は、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を部分的にキャンセルするように調整されてもよい。
【００５２】
さらなる実施形態においては、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方を理論的に完全にキャンセルするために、実質的に同一の並列チャネルの数は４であってもよく、相対的位相差は６０度、９０度および１５０度であってもよい。
【００５３】
位相発生器は、アナログ回路および／またはデジタル信号プロセッサによって提供され得る。
【００５４】
図１は、二次高調波歪み成分をキャンセルするための機能を備えた本発明の一実施形態に従った歪み管理システム１０の概要を示す。ＣＤプレーヤなどの信号源１１はいくつかの出力チャネル１２および１３を含む。出力チャネルは、たとえば、左側および右側のステレオチャネルを含み得る。歪み管理システムはこれらのチャネルのうち１つ以上に適用され得る。別個の歪み管理システム（図示せず）が各々のチャネル１３に適用されてもよい。
【００５５】
図１は、２つの別個のチャネルＲ０およびＲ９０としてチャネル１２を再生成する位相発生器１４に接続された１つのチャネル１２を示す。チャネルＲ０は基準オーディオ信号を提供する。チャネルＲ９０は、動作周波数帯域にわたってチャネルＲ０に対して９０度だけ位相がシフトされているオーディオ信号のバージョンを提供する。
【００５６】
チャネルＲ０およびＲ９０に関連付けられた信号は別個の実質的に同一の増幅器１５、１６によって増幅されてもよく、増幅された信号は、対応する音波１９Ａ、１９Ｂを生成するために別個の実質的に同一のラウドスピーカ１７、１８に与えられてもよい。ラウドスピーカ１７および１８がリスナ（図示せず）に面するように配置され得ることにより、音波１９Ａ、１９Ｂが混合するかまたは合成し合って、実質的には音波１９Ａ、１９Ｂの組合せである合成音波１９Ｃを生成し得る。以下に説明されるように、合成音波は、各々の実質的に同一の増幅器ラウドスピーカチャネルの信号経路において生じる高調波歪みと比べて低減されている高調波歪みを有するチャネル１２における入力オーディオ信号に対応し得る。
【００５７】
チャネルＲ０に関連付けられた信号経路がチャネル１２から元の基本信号の高調波歪みを引起こす場合、かつ、チャネルＲ９０に関連付けられた信号経路がチャネル１２からの元の基本信号の実質的に同様の高調波歪みを引起こす場合、基本成分の９０度の位相シフトは、二次高調波歪み成分の１８０度の位相シフトと同等である。１８０度の間隔が空いている等しい大きさの２つの信号が破壊的に混ざり合うので、ラウドスピーカ１７、１８によって生成される合成音波１９Ｃは、有効にキャンセルされた二次高調波歪み成分を含むこととなる。同時に、同位相で動作する２つの同様のラウドスピーカと比べてＳＰＬの３ｄＢ損失があるにもかかわらず、元の基本信号を完全に再生するために、基本成分同士が構造的に混ざり合って、ラウドスピーカ１７および１８によって生成される合成音波１９Ｃになる可能性がある。
【００５８】
二次高調波歪み成分をキャンセルする場合、入力オーディオ信号は、２つのチャネルにおいて、当該２つのチャネル間で９０度の位相差で再生され得る。２つのチャネルだけが必要とされ得る。２チャネルの実施形態は、ラウドスピーカシステムに特に適している可能性がある。三次高調波歪み成分およびより高次の高調波歪み成分は、他の歪み制御手段のせいで既に不可聴となっている。
【００５９】
二次高調波歪み成分およびいくつかのより高次の高調波歪み成分をキャンセルする場合、並列信号経路内のそれらの源にかかわらず、６０度、９０度および１５０度の位相差を有する４つのチャネルが最適値解を提供し得る。この後者の実施形態は、二次高調波歪み成分、三次高調波歪み成分およびいくつかのより高次の高調波歪み成分を実質的にキャンセルするとともに相互変調歪み成分を少なくとも部分的にキャンセルするために、同様の態様で動作し得る。
【００６０】
費用についての最適値を有するものとして、２チャネルの実施形態および４チャネルの実施形態が推奨され得る。しかしながら、２以上の任意数のチャネルが採用されてもよい。
【００６１】
図２は、二次高調波歪み成分をキャンセルするための機能を備えた本発明の別の実施形態に従った歪み管理システム２０の概略を示す。ＣＤプレーヤなどの信号源２１はいくつかの出力チャネル２２および２３を含む。出力チャネルは、たとえば、左側および右側のステレオチャネルを含み得る。歪み管理システムは、これらのチャネルのうち１つ以上に適用され得る。別個の歪み管理システム（図示せず）が各々のチャネル２３に適用されてもよい。
【００６２】
図２は１つのチャネル２２を示す。当該１つのチャネル２２は、チャネル２２を２つの別個のチャネルＲ０およびＲ９０として再生成する位相発生器２４に接続されている。チャネルＲ０は基準オーディオ信号を提供する。チャネルＲ９０は、動作周波数帯域にわたってチャネルＲ０に対して９０度だけ位相がシフトされているオーディオ信号のバージョンを提供する。
【００６３】
チャネルＲ０およびＲ９０に関連付けられた上記信号は別個の実質的に同一の増幅器２５、２６によって増幅されてもよく、増幅された信号は別個の実質的に同一のラウドスピーカ２７および２８に適用されてもよく、これにより、対応する音波を生成し得る。この構成においては、ラウドスピーカ２７および２８は、共通のプレナム２９に面するように配置され得る。この場合、ラウドスピーカ２７および２８からの音波の混合は、実質的にラウドスピーカ２７および２８によって生成された音波の組合せである合成音波３０を生成するために行われてもよい。上述のとおり、合成音波３０は、各々の実質的に同一の増幅器ラウドスピーカチャネルの信号経路において生じる高調波歪みと比べて低減されている高調波歪みを有するチャネル２２における入力オーディオ信号に対応し得る。
【００６４】
図２の配置は、位相シフトされた音響出力の混合を向上させ得る。なぜなら、図１の配置においては、軸外音響放射は、放射の軸に対するさまざまな角度に応じて高調波キャンセルの程度が異なっている可能性があるからである。
【００６５】
図３は、図１に示される装置の変形例を示す。ラウドスピーカ１７および１８は、十分に間隔を空けて配置されたラウドスピーカ３２および３３と置換えられており、部屋３１においてリスナ３４に対して相対的な位置にある。増幅器１５および１６によって増幅されるチャネルＲ０およびＲ９０に関連付けられる信号は、リスナ３４から等しい距離「ａ」を空けて配置されるとともにリスナ３４の方に向けられているラウドスピーカ３２および３３に与えられる。この配置は図１および図２に示される構成ほど許容可能ではない。なぜなら、高調波歪みが低減されているスイートスポットが比較的小さい可能性があり、ラウドスピーカ３２および３３がこのスイートスポットに向かって放射を行なうように設定されなければならないからである。部屋の備品の配置および部屋３１の音響特性も、リスナ３４が経験する高調波歪みの最適な低減に干渉する可能性がある。
【００６６】
図４は、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分を実質的にキャンセルするのに必要な４つの別個のチャネルＲ０、Ｒ６０、Ｒ９０およびＲ１５０を再生するためのアナログ回路を示しており、音声スペクトル全体を対象としている。４つのチャネルはデジタル方式で実現されてもよい。
【００６７】
図４に示される成分についての実現可能な１セットの派生値は、ＵＣ１  ＮＥ５５１４、ＲＣ１１  ５０２２８、ＲＣ１２  ０１３３２、ＲＣ１３  １００００、ＲＣ１４  ３０５３１、ＣＣ１１  ２２４、ＣＣ１２  ２２４、ＵＣ２  ＮＥ５５１４、ＲＣ２１  ５９３５０、ＲＣ２２  ０１８４９、ＲＣ２３  １００００、ＲＣ２４  ３０６２３、ＣＣ２１  ４７３、ＣＣ２２  ４７３、ＵＣ３  ＮＥ５５１４、ＲＣ３１  ８１８６６、ＲＣ３２  ０２４６９、ＲＣ３３  １００００、ＲＣ３４  ３０６０３、ＣＣ３１  １０３、ＣＣ３２  １０３、ＵＤ１  ＮＥ５５１４、ＲＤ１１  ６９２２７、ＲＤ１２  ０２４０８、ＲＤ１３  １００００、ＲＤ１４  ４０１０７、ＣＤ１１  １０４、ＣＤ１２  ６８３、ＵＤ２  ＮＥ５５１４、ＲＤ２１  ８５８１４、ＲＤ２２  ０２６３１、ＲＤ２３  １００００、ＲＤ２４  ３０６１３、ＣＤ２１  ２２３、ＣＤ２２  ２２３、ＵＤ３  ＮＥ５５１４、ＲＤ３１  １１５６３１、ＲＤ３２  ０３２４２、ＲＤ３３  １００００、ＲＤ３４  ３０５６１、ＣＤ３１  ４７２、ＣＤ３２  ４７２、ＵＣ４  ＮＥ５５１４、ＲＣ４１  １１０９４１、ＲＣ４２  １５８８、ＲＣ４３  １００００、ＲＣ４４  ３０２８６、ＣＣ４１  ２２２、ＣＣ４２  ２２２、ＵＤ４  ＮＥ５５１４、ＲＤ４１  １９４９３４、ＲＤ４２  ０１０５１、ＲＤ４３  １００００、ＲＤ４４  ３９５２０、ＣＤ４１  １０２、ＣＤ４２  ６８１、ＵＡ１  ＮＥ５５１４、ＲＡ１１  ７９６９４、ＲＡ１２  ０１１４１、ＲＡ１３  １００００、ＲＡ１４  ３０２８６、ＣＡ１１  ４７４、ＣＡ１２  ４７４、ＵＡ２  ＮＥ５５１４、ＲＡ２１  ５２９９２、ＲＡ２２  ０１５９８、ＲＡ２３  １００００、ＲＡ２４  ３０６０３、ＣＡ２１  １０４、ＣＡ２２  １０４、ＵＡ３  ＮＥ５５１４、ＲＡ３１  ６８４３５、ＲＡ３２  ０２１３２、ＲＡ３３  １００００、ＲＡ３４  ３０６２３、ＣＡ３１  ２２３、ＣＡ３２  ２２３、ＵＢ１  ＮＥ５５１４、ＲＢ１１  ７３１０４、ＲＢ１２  ０１６３２、ＲＢ１３  １００００  ＲＢ１４  ３０４４６、ＣＢ１１  ２２４、ＣＢ１２  ２２４、ＵＢ２  ＮＥ５５１４、ＲＢ２１  ７２２９５、ＲＢ２２  ０２２６２、ＲＢ２３  １００００、ＲＢ２４  ３０６２６、ＣＢ２１  ４７３、ＣＢ２２  ４７３、ＵＢ３  ＮＥ５５１４、ＲＢ３１  １００６４１、ＲＢ３２  ０３０９２、ＲＢ３３  １００００、ＲＢ３４  ３０６１５、ＣＢ３１  １０３、ＣＢ３２  １０３、ＵＡ４  ＮＥ５５１４、ＲＡ４１  ９４９７５、ＲＡ４２  ０２５１９、ＲＡ４３  １００００、ＲＡ４４  ３０５３１、ＣＡ４１  ４７２、ＣＡ４２  ４７２、ＵＢ４  ＮＥ５５１４、ＲＢ４１  １３５４３３、ＲＢ４２  ０２５１０、ＲＢ４３  １００００、ＲＢ４４  ３０３７１、ＣＢ４１  ２２２、ＣＢ４２  ２２２を含む。抵抗器の値はオームであり、先頭のゼロは無視されてもよい。コンデンサの値は標準的な省略表記であり、たとえば、４７３は４７，０００ピコファラドまたは４７ナノファラドを示している。
【００６８】
４チャネルの実施形態においては、位相差チャネルを作製するために４つの別個の回路を用いる１つの代替例は、９０度の位相差出力を有する２つのチャネルのために別個の回路を用いて、これらの回路の出力の線形結合から２つの残りのチャネルの各々を生成することを含み得る。たとえば、要求されたチャネルがそれぞれＡ（０度）、Ｂ（６０度）、Ｃ（９０度）およびＤ（１５０度）である場合、かつ、チャネルＡおよびＣからの線形結合のためのゲイン定数がそれぞれＧおよびＨである場合、ｅｘｐ（ｊ．ｔｈｅｔａ）＝ｃｏｓ（ｔｈｅｔａ）＋ｊ．ｓｉｎ（ｔｈｅｔａ）＝Ｇ＋ｊ．ＨとなるようにＧおよびＨを決定するために三角法が用いられ得る。この場合、ｔｈｅｔａは、同位相チャネル（基準チャネルＡ）からの所要の位相差であり、ｊは、直交出力（チャネルＣ）を表わす虚数単位（−１の二乗根）である。したがって、Ｇ＝ｃｏｓ（ｔｈｅｔａ）およびＨ＝ｓｉｎ（ｔｈｅｔａ）となる。
【００６９】
チャネルＢの場合、ｔｈｅｔａ＝ｐｉ／３ラジアン（６０°）であるため、Ｇ＝ｃｏｓ６０°＝０．５００となり、Ｈ＝ｓｉｎ６０°＝ｓｑｒｔ（３）／２＝０．８６６となる。チャネルＤの場合、ｔｈｅｔａ＝５．ｐｉ／６ラジアン（１５０°）となるため、Ｇ＝ｃｏｓ１５０°＝−ｓｑｒｔ（３）／２＝−０．８６６となり、Ｈ＝ｓｉｎ１５０°＝０．５００となる。スケーリングされた出力はチャネルＢおよびＤのための出力を形成するために合計され得る。
【００７０】
上述の高調波キャンセルの概念は、信号間の相対的位相差を除いて、実質的に同一の信号が供給される実質的に同一のラウドスピーカのセットに関係している。各々のラウドスピーカは、同様の態様で放射された音声を歪める可能性があり、歪められた出力は集められて合計されてからリスナに到達する可能性がある。極低い可聴周波数の場合、個々のラウドスピーカは、たとえば、円形のクラスタを形成するように互いに隣接して配置されてもよい。より高い可聴周波数の場合、リスナまでの経路長さの差が個々のラウドスピーカ出力の所期のコヒーレントな追加を打消す恐れのないように、加算はチャンバ全体において実行され得る。
【００７１】
単一の正弦波を信号源と見なすものとする。各々のラウドスピーカは、たとえば、ラウドスピーカにおける非線形性のせいで、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分を含む基本周波数の高調波歪み成分だけでなく基本周波数も放射し得る。個々のラウドスピーカに与えられた信号間に位相差がない場合、各々のラウドスピーカからの基本出力はコヒーレントに合計され得るとともに、各々のラウドスピーカからの高調波出力（歪み）もコヒーレントに合計され得る。１セットに２つのラウドスピーカがある場合、総音圧出力（歪みを含む）は、各々のラウドスピーカから出てそれ自体の上で放射状に広がるものの二倍になるだろう（ＳＰＬは、２０ｌｏｇ１０（２）＝＋６．０２１ｄＢずつ増加する）。３つのラウドスピーカの場合、この増加は＋９．５４２ｄＢとなり、４つのラウドスピーカの場合、＋１２．０４１ｄＢとなる、等々である。上述の計算は、個々のラウドスピーカ間の相互の音響結合の影響を無視している。
【００７２】
ここで、角周波数ωｒａｄ／ｓであるが位相差がφ度である単一の正弦波が供給される２つの同一のラウドスピーカＡ、Ｂの場合について検討する。ラウドスピーカＡからの音圧出力は以下のように表わされ得る。
【００７３】
【数１】
2019523610.tif 000003
【００７４】
ラウドスピーカＢからの音圧出力は同様に以下のように表わされ得る。
【００７５】
【数２】
2019523610.tif 000004
【００７６】
この場合、φＢ−φＡ＝φである。
ここで、θ１は、ドライバによってもたらされる基本出力の位相シフトおよび基本角周波数ωでのそのエンクロージャであり、θ２は、ドライバによって変更される第２の高調波歪み出力の位相角および第２の高調波角周波数２ωでのそのエンクロージャであり、θ３は、ドライバによって変更される第３の高調波歪み出力の位相角および第３の高調波角周波数３ωでのそのエンクロージャ、等々である。
【００７７】
三角関数の公式を用いることにより、
【００７８】
【数３】
2019523610.tif 000005
【００７９】
となり、２つのラウドスピーカからの総音圧出力は、
【００８０】
【数４】
2019523610.tif 000006
【００８１】
となる。基本出力の最大振幅は、両方のラウドスピーカに関して、単一のラウドスピーカについてのＡｌから、
【００８２】
【数５】
2019523610.tif 000007
【００８３】
にまで増大しており、第２の高調波歪み出力は、両方のラウドスピーカに関して、最大振幅Ａ２から、
【００８４】
【数６】
2019523610.tif 000008
【００８５】
へと変更されており、第３の高調波歪み出力は、両方のラウドスピーカに関して、最大振幅Ａ３から、
【００８６】
【数７】
2019523610.tif 000009
【００８７】
へと変更されている。
２つのラウドスピーカからの合成基本出力は、
【００８８】
【数８】
2019523610.tif 000010
【００８９】
として書込むことができる。この場合、以下のとおりとなる。
【００９０】
【数９】
2019523610.tif 000011
【００９１】
したがって、合成基基本出力の位相シフトは、ラウドスピーカＡからの出力に対して、
【００９２】
【数１０】
2019523610.tif 000012
【００９３】
となる。言いかえれば、合成基本出力の位相角は、２つの同一のラウドスピーカからの基本出力の位相角の平均である。
【００９４】
２つの同一のラウドスピーカに同一の正弦波が供給されるように位相差φがゼロである場合、予想されるとおり、
【００９５】
【数１１】
2019523610.tif 000013
【００９６】
基本波および各々の高調波の最大振幅が二倍になり、このため、高調波歪みの割合には変化はない。
【００９７】
しかしながら、位相差φがゼロでない場合、２つの重要な事例が発生する。第１の事例は、第２の高調波成分のキャンセルを必要とする。
【００９８】
９０°に等しい位相差φが選ばれる場合、
【００９９】
【数１２】
2019523610.tif 000014
【０１００】
第２の高調波歪み出力が正確にキャンセルされる一方で、基本出力および第３の高調波出力はともに、与えられた正弦波間のゼロ位相差の場合と比べて、
【０１０１】
【数１３】
2019523610.tif 000015
【０１０２】
の係数だけ低減されている。相対的な第３の高調波歪みは変化しないが、第２の高調波歪みは消滅する。
【０１０３】
この分析は、以下の表に示されているように、いくつかのより高次の高調波歪み成分もキャンセルされるが、いくつかは増加していることを示すように拡大適用されている。表は、０°および９０°の相対的位相角で正弦波が供給される２つの同一のラウドスピーカを示す。ＦＲ＝基本波の結果、２Ｒ＝第２の高調波の結果、３Ｒ＝第３の高調波の結果、等々である。
【０１０４】
【表１】
2019523610.tif 000016
【０１０５】
上記分析はまた、図５に示されるようなフェーザ図において視覚化することができる。基準信号および９０度分相された信号の両方の基本波のフェーザはＦで示されている。二次高調波成分のフェーザはＳで示されており、三次高調波成分のフェーザはＴで示されている。基準信号に関するフェーザは、末尾に０が付加されており、９０度分相された信号に関するフェーザは末尾に９０が付加されている。結果として生ずるフェーザは末尾にＲが付加されている。したがって、Ｆ０は基準信号の基本波を示している。Ｆ９０は、９０度分相された信号の基本波を示している。ＦＲは、基本波の結果を示す。Ｓ０は、基準信号の二次高調波成分を示す。Ｓ９０は、９０度分相された信号の二次高調波成分を示す。ＳＲで示される二次高調波成分の結果は、ゼロ（フェーザ図上の点）であるので視認することができない。Ｔ０は、基準信号の三次高調波成分を示す。Ｔ９０は、９０度分相された信号の三次高調波成分を示す。ＴＲは、三次高調波成分の結果を示す。
【０１０６】
第２の事例は、第３の高調波成分のキャンセルを必要とする。６０°に等しい位相差φが選択されている場合、
【０１０７】
【数１４】
2019523610.tif 000017
【０１０８】
第３の高調波歪み出力が正確にキャンセルされる一方で、基本出力が
【０１０９】
【数１５】
2019523610.tif 000018
【０１１０】
の係数だけ低減されており、第２の高調波出力は、与えられた正弦波間のゼロ位相差の事例と比べて、２（６．０２０６ｄＢ）の係数だけ低減されている。相対的な第２の高調波歪みは４．７７１２ｄＢだけ低減されるが、第３の高調波歪みは消滅する。
【０１１１】
上記分析は、以下の表に示されるように、いくつかのより高次の高調波歪み成分もキャンセルされるがいくつかが増大されることを示すように拡大適用されている。表は、０°および６０°の相対的位相角で正弦波が供給される２つの同一のラウドスピーカを示す。ＦＲ＝基本波の結果、２Ｒ＝第２の高調波の結果、３Ｒ＝第３の高調波の結果、等々である。
【０１１２】
【表２】
2019523610.tif 000019
【０１１３】
上記分析はまた、図６に示されるようにフェーザ図において視覚化することができる。基準信号および６０度分相された信号の両方の基本波のフェーザはＦで示されている。二次高調波成分のフェーザはＳで示されており、三次高調波成分のフェーザはＴで示されている。基準信号に関するフェーザは末尾に０が付加されており、６０度分相された信号に関するフェーザは末尾に６０が付加されている。結果として生ずるフェーザは、末尾にＲが付加されている。したがって、Ｆ０は基準信号の基本波を示す。Ｆ６０は、６０度分相された信号の基本波を示している。ＦＲは、基本波の結果を示す。Ｓ０は、基準信号の二次高調波成分を示す。Ｓ６０は、６０度分相された信号の二次高調波成分を示す。ＳＲは、二次高調波成分の結果を示す。Ｔ０は、基準信号の三次高調波成分を示す。Ｔ６０は、６０度分相された信号の三次高調波成分を示す。ＴＲで示される三次高調波成分の結果は、ゼロ（フェーザ図上の点）であるので視認することができない。
【０１１４】
この場合の課題は、二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分の両方をキャンセルすることである。２つの同一のラウドスピーカに与えられる正弦波間に位相差φが存在しておらず、このため、（基本出力をキャンセルすることもなく）二次高調波歪み出力および三次高調波歪み出力の両方を同時にキャンセルさせるであろうことが明らかになり得る。
【０１１５】
しかしながら、４つの同一のラウドスピーカＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは同時のキャンセルが実現可能となり得る。このアイデアは、三次高調波歪み成分がキャンセルされている１対のラウドスピーカから開始されてもよい。対となったラウドスピーカの相対的位相角が０°および６０°である場合、それらの合成基本出力は、３０°の相対的位相角を有する可能性がある。次いで、第３の高調波歪みがキャンセルされている第２の１対のラウドスピーカが第１の対に追加され得る。第２の対からの合成基本出力が１２０°の（すなわち、第１の対から９０°ずれている）相対的位相角を有する場合、４つのラウドスピーカからの結果として生ずる第２の高調波歪みがキャンセルされ得るとともに、結果として生ずる第３の高調波歪みがキャンセルされたままとなり得る。したがって、第２の対におけるラウドスピーカの相対的位相角は、９０°および１５０°となるはずである。次いで、４つのラウドスピーカＡ、Ｂ、ＣおよびＤは、それぞれ、０°６０°９０°および１５０°の相対的位相角を有することとなる。
【０１１６】
これらの位相差がある場合、４つの同一のラウドスピーカからの合成基本出力の最大振幅は、以下のとおりである。
【０１１７】
【数１６】
2019523610.tif 000020
【０１１８】
４つの同一のラウドスピーカに同一の正弦波が供給されるように位相差がゼロである場合、
【０１１９】
【数１７】
2019523610.tif 000021
【０１２０】
合成基本出力におけるこのような低減は、第２の高調波歪みおよび第３の高調波歪みをキャンセルするために課される不利益である。ラウドスピーカに対する公称入力電力は基本出力の低下分を回復するために８：３の比率で増大させる必要があるだろう。
【０１２１】
上記分析は、以下の表に示されるように、いくつかのより高次の高調波歪み成分もキャンセルされることを示すように拡大適用され得る。表は、０°６０°、９０°および１５０°の相対的位相角で正弦波が供給されている４つの同一のラウドスピーカを示す。ＦＲ＝基本波の結果、２Ｒ＝第２の高調波の結果、３Ｒ＝第３の高調波の結果、などである。
【０１２２】
【表３】
2019523610.tif 000022
【０１２３】
上記分析はまた、図７に示されるように、フェーザ図において視覚化され得る。基準信号、６０度分相された信号、９０度分相された信号および１５０度分相された信号のそれぞれの基本波のフェーザは、Ｆで示される。二次高調波成分のフェーザはＳで示されており、三次高調波成分のフェーザはＴで示されている。基準信号に関するフェーザは末尾に０が付加されており、６０度分相された信号に関するフェーザは末尾に６０が付加されている。９０度分相された信号に関するフェーザは末尾に９０が付加されている。１５０度分相された信号に関するフェーザは末尾に１５０が付加されている。結果として生ずるフェーザは末尾にＲが付加されている。したがって、Ｆ０は基準信号の基本波を示す。Ｆ６０は、６０度分相された信号の基本波を示す。Ｆ９０は、９０度分相された信号の基本波を示す。Ｆ１５０は、１５０度分相された信号の基本波を示す。ＦＲは基本波の結果を示す。Ｓ０は、基準信号の二次高調波成分を示す。Ｓ６０は、６０度分相された信号の二次高調波成分を示す。Ｓ９０は、９０度分相された信号の二次高調波成分を示す。Ｓ１５０は、１５０度分相された信号の二次高調波成分を示す。ＳＲで示される二次高調波成分の結果は、ゼロ（フェーザ図上の点）であるので視認することができない。Ｔ０は、基準信号の三次高調波成分を示す。Ｔ６０は、６０度分相された信号の三次高調波成分を示す。Ｔ９０は、９０度分相された信号の三次高調波成分を示す。Ｔ１５０は、１５０度分相された信号の三次高調波成分を示す。ＴＲで示される三次高調波成分の結果は、ゼロ（フェーザ図上の点）であるので視認することができない。
【０１２４】
２つの同一のラウドスピーカＡおよびＢの事例に戻って、角周波数ωαおよびωβｒａｄ／ｓの２つの正弦波の合計を含む信号について検討する。２つのラウドスピーカに供給され得る信号は同じであり得るが位相差φが異なり得る（周波数が一定である）。ラウドスピーカＡからの音圧出力は以下のとおり表わされ得る。
【０１２５】
【数１８】
2019523610.tif 000023
【０１２６】
ラウドスピーカＢからの音圧出力は同様に表わされ得るが、φαＡをφαＢと置換えるとともに、φβＡをφβＢと置換えている。この場合、φαＢ−φαＡ＝φβＢ−φβＡ＝φである。２つのラウドスピーカからの合計音圧出力は、基本角周波数ωαおよびωβｒａｄ／ｓに加えて、非線形性に起因する余分な周波数、すなわち、第２の高調波周波数２ωαおよび２ωβ、ならびに、第３の高調波周波数３ωαおよび３ωβなど、二次相互変調周波数、｜ωα−ωβ｜およびωα＋ωβ、三次相互変調周波数、｜２ωα−ωβ｜、２ωα＋ωβ、｜ωα−２ωβ｜、およびωα＋２ωβなど、を共に含み得る。
【０１２７】
上記分析は、第２の高調波歪みがキャンセルされた場合、二次相互変調和周波数ωα＋ωβもキャンセルされるが、差周波数｜ωα−ωβ｜がキャンセルされないことを示している。上記分析はまた、第３の高調波歪みがキャンセルされた場合、三次相互変調和周波数２ωα＋ωβおよびωα＋２ωβもキャンセルされるが、差周波数｜２ωα−ωβ｜および｜ωα−２ωβ｜はキャンセルされないことを示している。
【０１２８】
以下の表は、２つのラウドスピーカ、３つのラウドスピーカおよび４つのラウドスピーカを配置した場合に二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分を完全にキャンセルするための位相差を特定している。以下の表はまた、２つのラウドスピーカおよび３つのラウドスピーカを配置した場合に二次高調波歪み成分および三次高調波歪み成分を等しくキャンセルするための位相差の例を示している。表は、設計者が特定の設計に適した位相差を選択するためのガイドを提供し得る。たとえば、特定の設計が三次高調波歪み成分よりも平均で１０％高い二次高調波歪み成分を有する場合、設計者は表から外挿することによって７４度の位相差で２つのラウドスピーカを配置することを選択するかもしれない。
【０１２９】
【表４】
2019523610.tif 000024
【０１３０】
図８は、この明細書中に記載されるように、高調波歪みを管理および／または低減するための装置とともに用いるのに適したラウドスピーカ８０の一例を示す。ラウドスピーカ８０は、単一の筐体８２に収容されるとともに実質的に等しい性能パラメータを有する２つのラウドスピーカドライバ８１を含む。ドライバ８１は、ドライバ８１によって再生された信号が９０度の位相差を有する場合に、ドライバ８１の非線形性から生じる二次高調波歪み成分が実質的にキャンセルされ得るように、筐体８２のうち実質的に同一の別個の区画に収容されている。
【０１３１】
図９は、この明細書中に記載されるように、高調波歪みを管理および／または低減するための装置とともに用いるのに適したラウドスピーカ９０の別の例を示す。ラウドスピーカ９０は、単一の筐体９１に収容された実質的に等しい性能パラメータを有する４つのラウドスピーカドライバＤ０、Ｄ６０、Ｄ９０およびＤ１５０を含む。ドライバＤ６０、Ｄ９０およびＤ１５０は、基準ドライバＤ０を駆動する基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ位相がシフトされている信号によって駆動されるように適合されている。ドライバＤ０、Ｄ６０、Ｄ９０およびＤ１５０は筐体９１のうちの実質的に同一の別個の区画に収容される。ドライバＤ０は、ドライバＤ１５０の斜め向かいに収容される。ドライバＤ０は、ステレオシステムにおいて用いられる場合、ステレオペアの中心線の近くに配置され得るとともに、ドライバＤ１５０はステレオペア中心線から離れる方に配置され得る。
【０１３２】
図９に示されるようにドライバが配置されているラウドスピーカは、ステレオペアの右側のラウドスピーカを含み得るとともに、左側のラウドスピーカはドライバの鏡像配置を含み得る。一般原則として、配置されているドライバ間の距離が近ければ近いほど、ドライバＤ６０、Ｄ９０およびＤ１５０によって再生された信号がそれぞれ、ドライバＤ０によって再生された基準オーディオ信号に対して６０度、９０度および１５０度の位相差を有する場合、これらドライバの出力放射がより適切に混じり合うはずであり、実質的にキャンセルされた第２の高調波歪み成分および第３の高調波歪み成分のスイートスポットがより広くなるはずである。
【０１３３】
図１０は、この明細書中に記載されるように、高調波歪みを管理および／または低減するための装置とともに使用するのに適したラウドスピーカ１００の別の実施形態を示す。ラウドスピーカ１００は、筐体１０５の実質的に同一の別個の区画１０１に収容されるとともに実質的に等しい性能パラメータを有する４つのラウドスピーカドライバ１０４を含む。ドライバ１０４は、バッフル１０３によって後部が囲まれ得る空隙またはプレナム１０２を挟んで互いに面している。この構成においては、３つのドライバ１０４が第４のドライバ１０４を駆動する基準オーディオ信号に対してそれぞれ６０度、９０度および１５０度だけ位相がシフトされている信号によって駆動されるように適合されている。基準オーディオ信号と１５０度だけ位相がシフトされている信号とは、互いに反対向きのドライバを駆動し得る。
【０１３４】
最適な性能のために、空隙１０２の幅、高さおよび奥行きは、当該空隙１０２の前方において、各々のドライバ１０４の直径の１５０％よりも幅または高さが小さいアパーチャ１０６を残しつつも、ドライバ１０４を容易に収容することが実施可能となるほど小さくなければならない。この実施形態は、すべての放射角で高調波歪み成分を潜在的にキャンセルし得るという利点を有する。ドライバ１０４がピストン範囲内で操作されると想定すると、ラウドスピーカ１００の放射パターンは、半空間（２πステラジアン）内に向かって実質的に全方向性であり得る。
【０１３５】
最後に、さまざまな変更例、変形例および／または追加例が、本発明の精神または範囲から逸脱することなく上述の構成要素の構造および配置に採用され得ることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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